同步脱氮除磷好氧颗粒污泥中磷形态研究

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在SBR反应器中,研究同步脱氮除磷好氧颗粒污泥在反应器运行方式从厌氧/好氧(A/O)调整为厌氧/好氧/缺氧/好氧(A/O/A/O)过程中的性状;采用标准测试法(SMT)、X射线衍射(XRD)和磷谱核磁共振(31P-NMR)检测分析好氧颗粒污泥中不同形态磷的分布及特性,旨在进一步了解生物除磷的机制。研究结果表明:好氧颗粒污泥内部存在三维网状骨架,为球菌和丝状菌等提供附着环境。丝状菌能促进微生物絮体的聚集,轮虫可能导致颗粒污泥解体。成熟的颗粒污泥大多呈球形,结构密实,边界较清晰,粒径为1.5~2.2mm。污泥含水率仅为92%,比重约为1.038,湿密度1.82 g·cm-3,沉降速度在37.68~72.45 m·h-1之间,沉降性能好,SV稳定在22.4%左右,SVI基本在20~44 m L·g-1内。试验期间反应器脱氮率平均为82.6%,除磷率平均为82.3%。SBR反应器从A/O条件(第I阶段)调整到A/O/A/O条件(第II阶段)后,好氧颗粒污泥的MLVSS、厌末PO43--P浓度逐渐上升,胞外聚合物(EPS)含量、蛋白质(PN)含量和SVI逐渐下降,沉降性能得到提高。第I阶段和第II阶段平均脱氮率分别为74.8%和88.0%;平均除磷率分别为76.1%和87.2%。好氧颗粒污泥能实现同步脱氮除磷、好氧反硝化和反硝化聚磷。EPS中PN质量分数在52.2%~64.1%之间,多糖(PS)在13%左右,当PN/PS值大于4时,好氧颗粒污泥形态结构更稳定。EPS的傅里叶变换红外光谱分析表明,PN、PS和核酸等成分为好氧末端和厌氧末端的污泥EPS共有的成分,脂肪酸仅存在于厌氧末端污泥EPS中。XRD检测结果显示,好氧末端和厌氧末端颗粒污泥中均存在Ca8H2(PO4)6,同时污泥中存在Ca2+,Fe3+,Cu2+和Mg2+等的羟磷酸盐及焦磷酸盐。好氧颗粒污泥中胞内和胞外磷占比分别约为60%和30%。SMT检测结果显示无机磷(IP)占总磷(TP)质量分数超过70%,其中65%为与钙结合的磷(Ca-P)。好氧段吸收的磷主要在胞内,胞内Ca-P和与铁铝结合的磷(Fe/Al-P)分别上升8.8%和6.6%,且二者之和占IP的质量分数超过90%,并且不随着颗粒污泥MLSS的变化而出现大的波动,说明Ca-P和Fe/Al-P是IP的主要稳定的存在形式。31P-NMR鉴定的好氧颗粒污泥中正磷酸盐(Ortho-P)质量分数超过40%,是磷的主要形态,在厌氧段或好氧段,Ortho-P和焦磷酸盐质量分数之和稳定在74%左右,二者会发生相互转化,表现出较好的流动性和生物利用性;正磷酸单酯相对较为稳定,正磷酸双酯则在7.4%~11.7%。聚磷酸盐质量分数仅为2%左右但变化较为明显。
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